package datastructure.graph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

/**
 * @author jack.wu
 * @version 1.0
 * @date 2020-04-03
 */
public class Graph {
    /**
     * 顶点集合
     */
    private List<String> vertexList;
    /**
     * 存放边 使用矩阵
     */
    private int[][] edges;
    /**
     * 统计边数
     */
    private int numOfEdges;

    /**
     * 统计是否被访问
     */
    private boolean[] isVisited;

    private int n;

    public static void main(String[] args) {
        Graph graph = new Graph(5);
        String[] vertexs = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        for (String vertex : vertexs) {
            graph.insertVertex(vertex);
        }
        graph.insertEdges(0, 1, 1);
        graph.insertEdges(2, 2, 1);
        graph.showGraph();
        System.out.println("开始图的深度优先遍历~~~~");
        graph.dfs();
        System.out.println();
        System.out.println("开始图广度优先遍历~~~~");
        graph.bfs();

    }

    public Graph(int n) {
        this.n = n;
        vertexList = new ArrayList<>(n);
        edges = new int[n][n];
        numOfEdges = 0;
    }

    /**
     * 添加顶点
     *
     * @param vertex
     */
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    /**
     * 添加边
     *
     * @param v1     顶点下标
     * @param v2     第二个顶点下标
     * @param weight 权值
     */
    public void insertEdges(int v1, int v2, int weight) {
        // 因为无向图 正三角和倒三角都需要添加
        edges[v1][v2] = weight;
        edges[v2][v1] = weight;
        numOfEdges++;
    }

    // dfs 深度优先遍历

    /**
     * 得到第一个邻接点的下标 w
     *
     * @param index
     * @return 如果存在返回对应下标 否则返回 -1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for (int i = 0; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[index][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 根据前一个邻接点的下标获取下一个邻接点
     *
     * @param v1
     * @param v2
     * @return
     */
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
        for (int i = v2 + 1; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[v1][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 图的深度优先遍历
     * 遍历所有的结点进行dfs
     */
    public void dfs() {
        isVisited = new boolean[n];
        // 遍历所有的结点，进行dfs 回溯
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    /**
     * 深度优先遍历
     *
     * @param isVisited
     * @param i         第一次就是 0
     */
    public void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        // 打印
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        // 标记已经访问过
        isVisited[i] = true;
        // 得到结点 i 的第一个邻接点下标
        int w = getFirstNeighbor(i);
        while (w != -1) {
            if (!isVisited[w]) {
                // 没访问
                dfs(isVisited, w);
            }
            // 如果访问过了 就去找下一个邻接点
            w = getNextNeighbor(i, w);
        }
    }


    // bfs 广度优先遍历

    public void bfs(){
        isVisited = new boolean[n];
        for (int i = 0;i< getNumOfVertex();i++){
            if (!isVisited[i]){
                bfs(isVisited,i);
            }
        }
    }

    /**
     * 广度优先遍历
     * @param isVisited
     * @param i
     */
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        // 表示队列的头结点对应下标
        int u;
        // 邻接点
        int w;
        // 记录结点访问的顺序
        LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        // 标记已经访问
        isVisited[i] = true;
        queue.addLast(i);
        while (!queue.isEmpty()) {
            // 取出队列的头结点下标
            u = queue.removeFirst();
            w = getFirstNeighbor(u);
            while (w != -1) {
                if (!isVisited[w]) {
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "->");
                    isVisited[w] = true;
                    queue.addLast(w);
                }
                // 以u为行，找到w后面的下一个邻接点
                w = getNextNeighbor(u, w);
            }
        }

    }

    // 图常用的方法

    /**
     * 得到图的顶点数
     *
     * @return
     */
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }

    /**
     * 得到图的边数
     *
     * @return
     */
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    /**
     * 得到顶点值
     *
     * @param i 顶点下标
     * @return
     */
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }

    /**
     * 得到权值
     *
     * @param v1 下标
     * @param v2
     * @return
     */
    public int getWeight(int v1, int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }

    /**
     * 打印矩阵
     */
    public void showGraph() {
        for (int[] link : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(link));
        }
    }
}
